本文關(guān)鍵詞：四旋翼的協(xié)調(diào)編隊飛行控制

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【摘要】：科學(xué)的進步和技術(shù)的發(fā)展不斷的提升著自動化在日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中的比重,家用服務(wù)型機器人,工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)機器人,具備軍事作戰(zhàn)能力的機器人都在現(xiàn)如今比較苛刻危險的工作環(huán)境中替代了人力的勞作,提高工作執(zhí)行效率以及安全程度。但在單個智能體研究的過程中,隨之任務(wù)的復(fù)雜會對智能體提出過高的運算負(fù)荷,和巨量的工作任務(wù),降低了時效性。多智能體的編隊協(xié)同工作的研究就是要解決多個智能體之間分布式的自治式完成既定的局部任務(wù),從而降低每一個智能體的消耗資源。編隊系統(tǒng)控制已經(jīng)在衛(wèi)星,航母群等軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。四旋翼作為機器人的重要分支,越來越受到了廣大學(xué)者的重視,尤其是在編隊系統(tǒng)控制上,現(xiàn)在的研究重點主要有:編隊的形成和切換,飛行時的路徑規(guī)劃,編隊協(xié)同控制機制。多機器人編隊主要方法有:跟隨領(lǐng)航者法、基于行為法、虛擬結(jié)構(gòu)法。本文選取四旋翼為研究對象,采用跟隨領(lǐng)航者法,利用相對偏差距離和相對偏差角度進行編隊控制。推導(dǎo)了四旋翼的數(shù)學(xué)模型并給出了積分Backstepping和PID相結(jié)合的控制率的設(shè)計完成了單機的軌跡跟蹤控制。在確定的編隊形式下給出了編隊中各個四旋翼位置的描述,建立了不考慮動力學(xué)模型的空間運動模型,利用經(jīng)典的PID控制算法給出了編隊保持控制器的設(shè)計,使得四旋翼編隊在飛行過程中能夠保持。為了能夠進行編隊實驗,搭建了分布式控制系統(tǒng),將實驗用的四旋翼遙控器的模擬電位電壓輸出的點位閥替換成了數(shù)字控制器PC-104的DA輸出端口,在Matlab中通過控制框圖構(gòu)建控制算法,通過NetCon實驗監(jiān)控系統(tǒng)進行實驗的調(diào)試和數(shù)據(jù)采集。最后,給出了單個四旋翼的軌跡跟蹤實驗,給出了四旋翼編隊的軌跡跟蹤實驗,并對控制效果進行分析。
【關(guān)鍵詞】：多智能體編隊 L-F編隊算法 PID控制算法 軌跡跟蹤
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景和意義8-11
• 1.2 四旋翼發(fā)展及編隊控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國內(nèi)四旋翼的研究歷史和現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國外四旋翼研究歷史與現(xiàn)狀13-14
• 1.3 多智能體編隊控制關(guān)鍵技術(shù)14-15
• 1.3.1 導(dǎo)航與定位14-15
• 1.3.2 信息交互15
• 1.3.3 仿生學(xué)研究15
• 1.4 多智能體編隊任務(wù)描述15-16
• 1.4.1 多智能體編隊控制15-16
• 1.5 本論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排16-17
• 第2章 四旋翼編隊理論基礎(chǔ)17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 四旋翼模型17-23
• 2.2.1 四旋翼工作原理17-19
• 2.2.2 飛行器姿態(tài)角描述19
• 2.2.3 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換19-21
• 2.2.4 四旋翼的控制模型21-23
• 2.3 控制策略23-24
• 2.4 圖論簡介24-25
• 2.4.1 圖論基本概念24
• 2.4.2 基于F-L編隊的圖論定義24-25
• 2.5 實驗平臺綜述25-29
• 2.5.1 NetCon網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)25
• 2.5.2 PC-104控制器25-26
• 2.5.3 網(wǎng)絡(luò)化控制工具包26-27
• 2.5.4 實驗環(huán)境和實驗用四旋翼27-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 四旋翼控制算法設(shè)計30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 四旋翼軌跡跟蹤控制30-36
• 3.2.1 問題描述30-31
• 3.2.2 控制器設(shè)計31-36
• 3.3 單個四旋翼飛行試驗36-43
• 3.3.1 點鎮(zhèn)定實驗36-39
• 3.3.2 軌跡跟蹤實驗39-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 四旋翼編隊協(xié)調(diào)控制44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 編隊系統(tǒng)44-47
• 4.2.1 編隊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)44-45
• 4.2.2 編隊系統(tǒng)的類型45
• 4.2.3 編隊協(xié)作研究方法45-47
• 4.3 編隊控制器設(shè)計47-51
• 4.3.1 L-F的控制算法48-51
• 4.3.2 控制器設(shè)計51
• 4.4 編隊飛行實驗51-59
• 4.4.1 線性編隊的直線軌跡跟蹤52-54
• 4.4.2 直線編隊的圓軌跡編隊飛行54-56
• 4.4.3 時變編隊飛行控制56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-67
• 致謝67

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本文編號：914595